FR2643635A1 - Procede de preparation d'(alpha)-alkyl-lactones - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de préparation d'alpha-alkyl-lactones. Le procédé selon l'invention comprend 1 la réaction de quantités sensiblement équimolaires d'une alpha-acyl-lactone, d'un aldéhyde de formule R'CHO dans laquelle R' est l'hydrogène ou un radical hydrocarboné ayant de 1 à 20 atomes de carbone, et d'un hydroxyde de métal alcalin, à une température comprise dans la gamme de 50 degre(s)C à 150 degre(s)C dans un solvant inerte avec élimination de l'eau de réaction et 2 l'hydrogénation du produit obtenu à l'étape 1 dans des conditions qui ne réduisent pas le groupe carbonyle et qui ne provoquent pas une ouverture du cycle. Le procédé est destiné à la préparation d'alpha-alkyl-gamma-butyrolactones et d'alpha-alkyl-delta-valérolactones.
Description
PROCEDE DE PREPARATION D' a-ALKYL-LACTONES La présente invention concerne
un procédé perfectionné de préparation d'a-alkyl-lactones. Ce procédé comprend la réaction d'une a-acyl-lactone, d'un aldéhyde et d'un hydroxyde de métal alcalin dans un solvant approprié pour former l'aalkylidène-lactone puis l'hydrogénation pour
obtenir le produit a-alkyl-substitué correspondant.
On a porté un intérêt considérable à la préparation d'a-alkylidènelactones et de leurs analogues saturés, c'est-à-dire les a-alkyl-lactones. Différentes y-butyrolactones portant des substituants alkyle en position a ont été décrites comne ayant des aromes de fleur ou de
fruit.
Les voies de synthèse des produits a-alkylidène-
substitués comprennent en général soit (a) la formation de l'a-méthylèneou de l'a-alkylidène-lactone à partir de précurseurs acycliques contenant tous les groupes fonctionnels souhaités par l'intermédiaire d'une réaction de fermeture de cycle, soit (b) la conversion d'un groupe existant en position a sur un cycle lactone préformé en le groupe a- méthylène ou a-alkylidène correspondant. Le dérivé d'a-alkylidène peut alors être hydrogéné de façon commode en l'a-alkyl-lactone correspondante. La présente invention concerne un procédé selon lequel les substituants hydrogène et acétyle présents en position a d'un cycle lactone sont tout d'abord retirés et remplacés par un groupe a-alkylidène et le groupe aalkylidène est ensuite hydrogéné (réduit) pour obtenir une a-alkyl-ybutyrolactone ou une
a- alkyl--valérolactone.
De nombreux procédés de synthèse d'a-méthylène-
lactones sont discutés dans les articles de P.A. Greico (Synthesis 1975, 67) et de N. Petragnani et autres (Synthesis 1986, 157). Cependant, aucune des réactions décrites dans ces références ne concerne la préparation d'a-alkylidène-lactones. En fait on ne trouve qu'une mention de la réaction d'un groupe acétyle qui est situé en position a. Ueno et autres (Tetrahedron Lett. 1978, 3753) décrivent la réaction de l'a-acétyly-butyrolactone avec le paraformaldéhyde, le diisopropylamide de lithium dans le
tétrahydrofuranne pour produire 1 'a-méthylène-y-
butyrolactone. Ksander et autres (J. Org. Chem. 1977, 42, 180) décrivent la préparation d'a-alkylidène-lactones par la réaction d'éthyloxalylbutyrolactones avec un aldéhyde en présence d'hydroxyde de sodium aqueux. Ksander et autres ne suggèrent pas l'utilisation pour la réaction de lactones
a-acyl-substituées d'un type quelconque.
Ono et autres (J. Org. Chem. 1983, 48, 3678) décrivent la conversion d'un groupe ester qui est situé en position a d'un cycle y-butyrolactone en un groupe a-isopropylidène. Le procédé à étapes multiples complexe comprend la réaction du
carbanion d'une a-carboéthoxy-y-butyrolactone et du chloro-
2-nitro-2-propane en présence d'une lampe au tungstène de Watts puis l'addition de bromure de sodium et l'application de chaleur. Dans la seule situation o Ono et autres utilisent une structure cyclique porteuse d'un groupe acétyle en position a, à savoir l'acétyl-2- cyclopentanone, l'a-isopropylidènecyclopentanone correspondante n'est pas produite. Murray et autres dans J.Chem. Soc., Chem. Commun., 1986, pages 132-133 décrivent une synthèse à étapes multiples qui comprend la formylation d'une y-lactone à l'aide d'hydrure de sodium et de formiate d'éthyle puis la condensation de 1'énolate obtenu avec un aldéhyde pour
obtenir 1'a-méthylène-y-lactone correspondante.
On connait différentes techniques pour hydrogéner des substituants hydrocarbonés insaturés sur une lactone ou sur d'autres systèmes cycliques. Il serait très intéressant de pouvoir disposer d'un procédé permettant de remplacer aisément le substituant acyle sur une lactone par un groupe alkylidène qui, à son tour, pourrait être hydrogéné pour produire la lactone alkyl-substituée correspondante. Le procédé selon la présente invention, qui va être décrit plus en détail dans la suite, permet d'obtenir ces avantages
ainsi que d'autres avantages.
La présente invention concerne un procédé perfectionné
de préparation d'a-alkyl-y-butyrolactones et d'a-alkyl-b-
valérolactones. D'une façon générale, le procédé comprend la réaction de quantités essentiellement équimolaires d'une a-acyl-lactone, d'un aldéhyde et d'un hydroxyde de métal alcalin dans un solvant inerte à une température comprise dans la gamme de 50 C à 150 C tout en retirant l'eau de réaction pour former l'a-alkylidène-lactone correspondante puis l'hydrogénation pour obtenir l'a-alkyl-lactone. De préférence, le solvant utilisé dans la réaction pour produire le dérivé d'a-alkylidène forme un azéotrope avec l'eau qui bout dans la gamme de 50 C à 95 C. De façon typique, le solvant est utilisé à un rapport volumique (solvant: charge totale des corps réagissants) de 1:1 à :1. Dans un mode de réalisation particulièrement utile de l'invention, l'a-acyl-lactone et l'hydroxyde de métal alcalin sont combinés et mis à réagir avant l'addition de l'aldéhyde. Lorsque l'on utilise ce procédé, l'aldéhyde est généralement ajouté lorsqu'environ 60% à 75% de la quantité théorique d'eau ont été retirés du mélange réactionnel. Les a-acyl-lactones utilisées dans le procédé peuvent contenir un ou plusieurs radicaux hydrocarbonés qui ont de 1 à 20 atomes de carbone sur le cycle. Les radicaux hydrocarbonés peuvent être des groupes alkyle, cycloalkyle, aryle ou aryle substitués. Si plusieurs substituants hydrocarbonés sont présents, le nombre total d'atomes de carbone des substituants combinés ne doit pas dépasser de façon typique i 5 environ 20. Le groupe acétyle est le groupe acyle que l'on préfère. Les aldéhydes correspondent à la formule R'CHO dans laquelle R' est un hydrogène ou un radical hydrocarboné qui a de 1 à 20 atomes de carbone et l'hydroxyde de métal alcalin peut être l'hydroxyde de sodium, que l'on préfère, l'hydroxyde de potassium ou l'hydroxyde de lithium. Le benzène, le toluène, le xylène et le cyclohexane sont des solvants particulièrement utilisables pour effectuer la réaction. On utilise des techniques d'hydrogénation classiques pour hydrogéner le groupe alkylidène en le groupe alkyle correspondant. On choisit le catalyseur d'hydrogénation et les conditions d'hydrogénation de telle façon que le groupe carbonyle ne soit pas réduit et qu'il n'y ait pas d'ouverture du cycle. En général, on effectue l'hydrogénation sous 1 à 30 bars d'hydrogène et à une température comprise entre 0 C et 120 C. On peut utiliser un solvant inerte pour l'hydrogénation. On préfère les catalyseurs hétérogènes supportés à base de platine, de palladium, de nickel et de ruthénium; cependant, on peut utiliser aussi des catalyseurs homogènes. Le palladium et le platine sur carbone, carbonate de calcium ou sulfate de baryum sont particulièrement intéressants. La quantité de métal sur le support est comprise en général entre 1 et 15% en poids et ces catalyseurs sont généralement utilisés à
raison de 0,025 à 10% en poids par rapport à l'a-alkylidène-
lactone. La présente invention concerne un procédé de conversion de
lactones a-acyl-substituées en lactones a-alkyl-substituées.
Les substituants a-alkyle comprennent les groupes méthyle, n-alkyle et alkyle à chaîne ramifiée, ou les groupes alkyle qui ont des substituants cycloalkyle ou aryle, et les groupes semblables. Les dérivés de butyrolactone selon l'invention peuvent être également dénolmnées furanones. Par exemple, les y-butyrolactones a-acétyl-, a-alkylidène- et a-alkyl-substituées 3-acétyldseraient respectivement la
3-acétyldihydro-2(3H)-furanone, la 3-alkylidènedihydro-
2(3H)-furanone et la 3-alkyldihydro-2(3H)-furanone. Cette nomenclature est particulièrement utile pour désigner les composés qui ont des substituants multiples sur le cycle et
elle est utilisée ici.
La réaction pour obtenir l'a-alkylidène-lactone fait intervenir une aacyl-lactone, un aldéhyde et un hydroxyde de métal alcalin. De façon typique la réaction se déroule dans un solvant inerte. On peut adapter le procédé pour l'utiliser dans le cas d'une quelconque lactone à cinq ou six chaînons qui comporte un substituant acyle en position a sur le cycle. Les autres positions du cycle peuvent être substituées ou non par un ou plusieurs groupes hydrocarbonés. Les a-acyl-lactones utilisables dans le procédé correspondent aux formules générales: R' R R X></0 ou H R1 III) (Ii) dans lesquelles R* est un groupe alkyle en Ci_8 et R1, R2, R3, R4, R5 et R6 sont choisis indépendamment dans le groupe formé par l'hydrogène et un radical hydrocarboné ayant de 1 à 20 atomes de carbone. Les radicaux hydrocarbonés peuvent être des groupes alkyle, cycloalkyle, aryle ou aryle substitués. En général, lorsque plusieurs groupes hydrocarbonés sont présents sur le cycle lactone, le nombre total d'atomes de carbone des substituants hydrocarbonés combinés ne dépasse pas vingt. Les radicaux hydrocarbonés particulièrement utilisables comprennent les radicaux alkyle en C1l8, cycloalkyle en C3.6, phényle, phényle substitué par alkyle en Ci-8, benzyle et benzyle substitué par alkyle en C1i-8. Dans un mode de réalisation particulièrement utilisable de l'invention, la lactone correspond à la formule I, R* est un groupe alkyle en C1_4 et R1, R2, R3 et R4 sont des atomes d'hydrogène ou des groupes alkyle en C1.8. Dans un mode de réalisation encore préféré, R* est un groupe méthyle, R1 est un groupe alkyle en C1_8 et R2, R3 et
R4 sont des atomes d'hydrogène.
Dans un autre mode de réalisation particulièrement utilisable, la lactone correspond à la formule II, R* est un groupe alkyle en C1i4 et R1, R2, R3, R4, R5 et R6 sont des atomes d'hydrogène ou des groupes alkyle en Cig. Dans un mode de réalisation encore préféré, R* est un groupe méthyle, R1 est un groupe alkyle en CI_8 et R2, R3, R4, R5
et R6 sont des atomes d'hydrogène.
Les aldéhydes utilisés dans le procédé répondent à la formule générale R'CHO dans laquelle R' est un atome d'hydrogène ou un groupe hydrocarboné qui a environ 1 à 20 atomes de carbone. Le groupe hydrocarboné peut- être un groupe alkyle, cycloalkyle, aryle ou aryle substitué tel que défini précédemment pour la lactone. Lorsque l'on choisit le formaldéhyde comme aldéhyde, il est avantageux d'utiliser le dioxanne ou le paraformaldéhyde dans le procédé comme source
de formaldéhyde.
Le choix de l'aldéhyde gouverne la nature du
substituant a-alkylidène. Par exemple, lorsque l'a-acyl-
lactone répond à la formule I, l1a-alkylidène-y-
butyrolactone obtenue répond à la formule: R,
R 4 CHR'
R. 0-
(III) dans laquelle R1, R2, R3, R4 et R' sont tels que définis précédemment. Lorsque l'a-acyl-lactone répond à la formule II, l'aalkylidène-b-valérolactone répond à la formule: R o
R3 CHR'
(IV) dans laquelle R1, R2, R3, R4, R5, R6 et R' sont tels que définis précédemment. Dans un mode de réalisation particulièrement utile de l'invention, le radical R' de l'aldéhyde et de l'a-alkylidène-lactone correspondante représente l'hydrogène, un groupe alkyle ou alcényle en Ci_8, cycloalkyle ou cycloalcényle en C3_8, phényle, phényle substitué, benzyle ou benzyle substitué. Les substituants appropriés sur les groupes phényle ou benzyle comprennent les groupes alkyle en C1_8, nitro, les halogènes (Cl ou Br),
hydroxyle, carboxyle et carboalcoxy.
Pour la réaction, il est nécessaire d'utiliser un hydroxyde de métal alcalin avec l'a-acyl-lactone et l'aldéhyde. Les hydroxydes de métal alcalin appropriés comprennent l'hydroxyde de sodium, 1'hydroxyde de potassium et l'hydroxyde de lithium. On peut utiliser l'hydroxyde de métal alcalin en l'état ou en solution aqueuse. Tandis qu'il n'est pas nécessaire d'ajouter de l'eau aux corps réagissants, on considère en général que la présence d'une certaine quantité-d'eau dans le mélange réactionnel est avantageuse. Etant donné que les hydroxydes de métal alcalin sont hygroscopiques, il y a en général suffisamment d'eau associée à ceux-ci pour la réaction. En outre, une quantité
supplémentaire d'eau se forme au cours de la réaction.
Cependant, si l'hydroxyde de métal alcalin est ajouté sous forme d'une solution aqueuse, la quantité d'eau utilisée est telle qu'elle ne dépasse pas 50% en volume du mélange réactionnel. De façon plus typique, si l'on ajoute de l'eau, celle-ci constitue d'environ 1% à environ 25% en volume du
mélange réactionnel.
La réaction est effectuée à une température comprise dans la gamme de 50 C à 150 C en utilisant un solvant inerte comme milieu réactionnel. On peut utiliser tout solvant qui est liquide et sensiblement inerte dans les conditions de la réaction. Des exemples de solvants sont le benzène, le g toluène, le xylène, le pentane, l'hexane, l'heptane, l'octane, l1isooctane, le cyclohexane, l'ether éthylbutylique, le diéthylacétal, le dipropylacétal, le dibutylacétal et analogues. Les solvants inertes qui forment -avec l'eau un azéotrope, en particulier un azéotrope qui bout dans la gamme de températures de 50 C à 95 C sont particulièrement utilisables. Le rapport volumique du solvant aux corps réagissants peut être compris entre environ 1:1 et 20:1, mais en général il est compris entre 2:1 et 8:1. Le benzène, le toluène, le xylène et le cyclohexane sont des solvants particulièrement avantageux du fait de leur aptitude à former des azéotropes et du fait
qu'ils sont aisément disponibles.
La façon d'ajouter les corps réagissants n'est pas critique. Tous les corps réagissants peuvent être combinés au début de la réaction, ou bien, conmme c'est le cas en général, deux des corps réagissants peuvent être combinés et les autres corps réagissants sont ajoutés en continu ou successivement. Par exemple, l'hydroxyde de métal alcalin peut être ajouté à un mélange constitué par l'a-acyl-lactone et l'aldéhyde. Dans un mode de réalisation particulièrement intéressant, l'a-acyl-lactone et l'hydroxyde de métal alcalin sont combinés et mis au moins partiellement à réagir avant l'addition de l'aldéhyde au mélange. Avec ce mode opératoire, une partie de l'a-acyl-lactone est convertie en le sel de métal alcalin. Cette réaction préliminaire est
effectuée de façon appropriée en portant au reflux l'a-acyl-
lactone et l'hydroxyde de métal alcalin dans un solvant approprié tout en éliminant l'eau. Le reflux et l'élimination azéotropique de l'eau sont effectués de façon typique à une température comprise dans la gamme de 50 C à C. Lorsque la distillation ralentit, habituellement lorsqu'environ 60 à 75% de la quantité d'eau théorique ont été éliminés, l'aldéhyde est ajouté et le mélange est chauffé au reflux jusqu'à ce que sensiblement toute l'eau formée au cours de la réaction soit éliminée. Lorsque l'eau est éliminée, la température du mélange réactionnel augmente jusqu'à la valeur la plus élevée possible avec le solvant utilisé. En général, on maintient la température du mélange réactionnel entre environ 75 C et 125 C à ce stade de la réaction. Si on le souhaite, on peut augmenter la température en éliminant par distillation le solvant d'origine et en ajoutant un solvant inerte à point
d'ébullition plus élevé.
On utilise des quantités sensiblement équimolaires des corps réagissants pour optimiser le rendement en a-alkylidène-lactone. On peut utiliser un léger excès molaire, qui en général ne dépasse pas 20%, et de préférence inférieur à 10%, qui peut être avantageux selon la méthode employée pour combiner les corps réagissants. Par exemple, lorsque l'on fait réagir au préalable l'a-acyl-lactone et l'hydroxyde de métal alcalin pour former le sel de métal alcalin, un excès molaire de l'aldéhyde de 10% à 15% est
souvent souhaitable.
Le groupe alkylidène présent en position a du cycle de la lactone est hydrogéné à l'aide des techniques classiques d'hydrogénation qui ne réduisent pas le groupe carbonyle et qui ne provoquent pas une ouverture du cycle. On choisit le catalyseur et les conditions utilisées pour l'hydrogénation de telle façon que seule 1'insaturation du groupe alkylidène
est réduite.
On peut effectuer l'hydrogénation à l'aide de catalyseurs hétérogènes ou homogènes qui provoquent une addition cis ou trans d'hydrogène sur la double liaison carbone-carbone. Les pressions d'hydrogène peuvent être comprises entre 1 et 30 bars. Bien que cela ne soit pas nécessaire, on peut effectuer l'hydrogénation dans un solvant inerte. L'hydrogénation peut avoir lieu à des 1il
températures comprises entre environ 0 C et environ 120 C.
Cependant, la température est en général comprise entre 25 C et environ 85QC. Des exemples de solvants que l'on peut utiliser comprennent le méthanol, l'éthanol, le propanol, l'isopropanol, le n-butanol, le tbutanol, l'octanol, l'éthyl-2-hexanol, le toluène, le benzène, le xylène, l'acétonitrile, le diméthylformamide, le tétrahydrofuranne, l'éther diéthylique et analogues. Le solvant peut être le
même que celui qui est utilisé pour la réaction de l'a-acyl-
lactone, de l'hydroxyde de métal alcalin et de l'aldéhyde, auquel cas on peut hydrogéner l'a-alkylidène-lactone directement sans l'isoler, c'est-àdire sans éliminer le solvant. Cependant, si on le souhaite, on peut isoler l'a-alkylidène-lactone avant l'hydrogénation. On peut hydrogéner le produit brut ou bien on peut purifier la lactone. On utilise de préférence des catalyseurs hétérogènes qui comprennent des catalyseurs supportés à base de palladium, de platine, de nickel et de rhodium dans lesquels le métal est présent sur le support en une quantité de 1 à
% en poids, et de préférence encore, de 2 à 10% en poids.
Les catalyseurs que l'on préfère comprennent le palladium sur carbone, le palladium sur carbonate de calcium, le palladium sur sulfate de baryum, le platine sur carbone, le platine sur carbonate de calcium et le platine sur sulfate de baryum. D'autres catalyseurs appropriés comprennent l'oxyde de platine, l'oxyde de palladium, le noir de platine, le nickel sur alumine, le nickel sur kieselguhr, le nickel de Raney, le rhodium sur oxyde d'aluminium et analogues. La quantité de catalyseur métallique supporté utilisée peut être comprise entre 0,025 et 10% en poids, et de préférence entre 0,05 et 5% en poids par rapport à l'a-alkylidène-lactone. Les catalyseurs homogènes que l'on peut utiliser comprennent le chlorure de tris(triphénylphosphine)-rhodium dans C6H6-EtOH, le dichlorotris(triphénylphosphine)ruthénium dans C6H6 et le chlorure de tris (triphénylphosphine) rhodium en présence de triéthylsilane. En général, lorsque l'hydrogénation est achevée, on recueille l'a-alkyl- lactone après avoir éliminé le catalyseur. Lorsque l'on utilise un catalyseur hétérogène, ce qui constitue un mode de réalisation préféré de l'invention, on effectue ceci de façon typique par filtration ou décantation. Lorsque l'on utilise un solvant pour l'hydrogénation, on l'élimine en général par évaporation pour recueillir le produit que l'on peut ensuite
purifier par distillation, recristallisation ou analogue.
Les dérivés a-alkylés répondent aux formules: R. R. R H
- CFR.
R3 0 et CHR'
R 1 \ R
O R1
(V) (VI)
dans lesquelles R1, R2, R3, R4, R5, R6 et R' sont tels que
définis précédemment.
L'invention sera mieux comprise à la lecture des exemples non limitatifs suivants. Dans les exemples, les pourcentages et parties sont en poids sauf indication contraire. Exemple Préparation de l'a-acétyl-lactone: On a introduit de l'hydroxyde de sodium (100 g/400 g d'eau) dans un ballon à quatre cols d'un litre équipé d'un bain de glace, d'un agitateur mécanique, d'un condenseur à glace sèche, d'un thermomètre et d'une ampoule à brome. On a mélangé de l'acétoacétate d'éthyle (325 g, 2,5 moles) et de l'oxyde de propylène (174 g, 3,0 moles) et on les a introduit dans l'ampoule à brome. On a refroidi le récipient à 15 C et on a ajouté le mélange d'acétoacétate d'éthyle et d'oxyde de propylène à une température inférieure à 20 C sur une période de deux heures. Puis on a agité le mélange réactionnel pendant six heures et on l'a transféré dans une ampoule à décanter et on l'a acidifié avec 225 ml d'acide chlorhydrique concentré. On a séparé les deux couches et on a extrait trois fois la couche inférieure aqueuse avec de l'éther diéthylique. On a séché sur sulfate de sodium les extraits combinés et on a éliminé l'éther diéthylique à
l'aide d'un Rotovap à 70 C (pression de la trompe à eau).
On a distillé le produit obtenu à l'aide d'une colonne à garnissage et d'une tête triangulaire de Perkins. Les fractions 1-3 (94 g) contenaient principalement de l'acétoacétate d'éthyle. Une quatrième fraction (170 g) bouillant à 112-117 C sous 933 Pa (7 torrs) contenait sensiblement 100% de l'a-acétyl-lactone souhaitée, la 3-acétyl-5-méthyldihydro-2(3H)- furanone. Conversion de l'a-acétyvl-lactone en l'a-alkylidène-lactone: On a combiné la 3-acétyl-5-méthyldihydro-2(3H)-furanone (28,4 g, 0,200 mole) avec 200 ml de toluène dans un ballon de 500 ml équipé d'un agitateur mécanique, d'un piège de Dean-Stark et d'une ampoule à brome. On a ajouté huit granmmnes (0,200 mole) d'hydroxyde de sodium et on a agité le mélange à la température ambiante pendant dix minutes puis on l'a chauffé au reflux pendant une heure, période pendant
laquelle l'eau a été éliminée dans le piège de Dean-Stark.
On a ensuite ajouté lentement goutte-à-goutte au mélange réactionnel du cyclohexanecarboxaldéhyde (25,7 g, 0,225 mole) sur une période d'environ une heure. On a chauffé au reflux le mélange pendant encore quatre heures puis on l'a refroidi à la température ambiante et on l'a lavé trois fois
avec 100 ml d'eau puis on l'a séché sur sulfate de sodium.
Par filtration puis évaporation du toluène qui était le solvant on a obtenu 35 g d'a-alkylidène-lactone brute, la 3-cyclohexylméthylène-5méthyldihydro-2(3H)-furanone. On a distillé sous vide le produit brut à l'aide d'une colonne de Vigreaux de lx20 cm pour obtenir 20,8 g de 3 cyclohexylméthylène- 5 -méthyldihydro- 2 (3H) - furanone (à 94% par chromatographie gaz-liquide (GLC), rendement 50%) (gamme d'ébullition 105134 C à 26 Pa (0,20 mm Hg)). La structure du produit a été confirmée par résonance magnétique nucléaire protonique et du carbone: 1HRMN (CDC13) È 6,57 (m, 0,37H), 6,0 (m, 0,63H), 4,6 (m, 1H), 3,44 (m, 0,53H), 3,1 (m,lH), 2,47 (m, 1H), 2,19
(m, 0,47H), 1,87-0,9 (série de multiplets complexes 13H).
13CRMI (CDC13) È 171,309, 170, 148,981, 145,260, 124,788,
123,087, 73,990, 73,696, 39,393, 36,870, 35,766, 32,726,
32,550, 32,441, 31,515, 31,434, 25,869, 25,738, 25,396,
22,223, 21,775.
Une analyse par chromatographie gaz-liquide a montré que le produit comprenait 66,7% d'isomère Z et 33,3% d'isomère E. Hydrogénation de l'aalky1idène-lactone en a-alkyl-lactone: Dans un ballon de 25 ml équipé d'un agitateur magnétique et fermé par un bouchon en caoutchouc on a
introduit de la 3-cyclohexylméthylène-5-méthyldihydro-2(3H)-
furanone (6 g; 0,031 mole), 0,5 g de catalyseur constitué par 5% de platine sur carbone et 8 ml d'éthanol. Pour introduire l'hydrogène on a prévu une aiguille de seringue qui traversait le bouchon et pénétrait dans le mélange réactionnel. On a prévu également une seconde aiguille de seringue reliée à un barboteur à huile et qui traversait le bouchon sans plonger dans le mélange réactionnel. On a agité le mélange à la température ambiante et on a introduit de l'hydrogène à un débit modéré pendant 15 heures. On a ensuite filtré le mélange sur de la terre de diatomées pour éliminer le catalyseur. On a éliminé l'éthanol sous pression
réduite pour recueillir 6,1 g de produit (rendement de 99%).
3-cyclohexylméthyl-5-méthyldihydro-2(3H)-furanone. Le produit a cristallisé au repos et a été recristallisé dans un mélange éthanol/eau 1:1 pour obtenir un produ.t sensiblement pur qui fondait à 68-69 C. La structure du produit a été confirmée par résonance magnétique nucléaire
protonique.
1HRMN (CDC13) 5 4,48 (m, 1H), 2,6 (m, 2H), 2,0-0,75
(série de multiplets complexes avec un doublet à 1,4, 17H).
ExempleIl
Pour démontrer les multiples possibilités du procédé et l'aptitude à obtenir des lactones présentant un groupe n-alkylidène en position a, on a répété l'exemple I sauf que l'on a remplacé le cyclohexanecarboxaldéhyde par l'heptaldéhyde. Par distillation du mélange réactionnel on a recueilli la 3-heptylidène-5-méthyldihydro-2(3H)- furanone avec un rendement de 54,5% (gamme d'ébullition 113-120 C sous 6 Pa (0,05 mm de Hg). La structure du produit a été confirmée par résonance magnétique nucléaire protonique: 1HRMN (CDC13) 5 6,55 (m, 0,66H), 6,04 (m, 0,34H), 4,6
(m,lH), 3,0-1,85 (série de multiplets complexes, 4H), 1,44-
1,0 (multiplet avec un triplet à 1,25, 11H), 0,75 (triplet
déformé, 3H).
Lorsque l'on a répété la réaction en utilisant l'hydroxyde de potassium comme base, la réaction s'est déroulée sans difficulté bien qu'à une vitesse un peu plus
faible pour produire la 3-heptylidène- 5 -méthyldihydro-2(3H)-
furanone. En utilisant le mode opératoire général d'hydrogénation décrit dans l'exemple I, on a combiné la 3-heptylidène-5-méthyldihydro-2(3H)furanone (10 g; 0,051 mole) avec 0,5 g de catalyseur constitué par 5% de palladium sur carbone et avec 10 ml d'éthanol. On a fait barboter de l'hydrogène dans le mélange pendant 12 heures sous agitation. Après élimination du catalyseur et évaporation du solvant, on a obtenu 9,95 g (à 96% par GLC; rendement de %) de 3-heptyl-5-méthyldihydro- 2 (3H) furanone. Le spectre de résonance magnétique nucléaire protonique du produit était le suivant: 1HRMN (CDC13) È 4,47 (m, 1H), 2,53 (m, 2H), 2,01,1 (série
de multiplets avec un doublet à 1,42, 16H), 0,89 (t, 3H).
Exemple III
On a répété l'exemple I en utilisant l'heptaldéhyde, la 3-acétyl-5éthyldihydro-2(3H)-furanone et l'hydroxyde de sodium pour obtenir 1 'aalkylidène-y-butyrolactone
correspondante. Le produit, la 3-heptylidène-5-éthyldihydro-
2(3H)-furanone, bouillait dans la gamme de 113-118 C (7 Pa (0,06 mm Hg)) et présentait le spectre de résonance magnétique nucléaire protonique suivant: HRMN (CDC13) È 6,7 (tt, 0,42H), 6,2 (tt, 0,58H), 4,42
(m, 1H), 3,1-0,8 (série de multiplets complexes, 20H).
On a hydrogéné le produit ainsi préparé en suivant le mode opératoire général décrit dans l'exemple I. Pour la
réaction, on a combiné 2,1 g de 3-heptylidène-5-
éthyldihydro-2(3H)-furanone (0,010 mole) avec 0,1 g de palladium à 5% sur carbone et 5 ml d'éthanol, et on a indroduit lentement de l'hydrogène pendant une heure et demie. Après élimination du catalyseur et évaporation du
solvant, on a recueilli 2,0 g de 3-heptyl-5-éthyldihydro-
2(3H)-furanone (concentration minimale 97%; rendement 95%).
1HRMN (CDC13) 5 4,28 (m, 1H), 2,5 (m, 2H), 2,0-1,1 (série de
multiplets complexes, 14H), 1,0 et 0,89 (deux triplets, 6H).
Exemole IV
Pour démontrer l'aptitude à préparer une a-méthylène-
y-butyrolactone, on a fait réagir la 3-acétyl-5-butyldihydro-
2(3H)-furanone avec l'hydroxyde de sodium et le paraformaldéhyde selon le mode opératoire de l'exemple I. On a obtenu la 3-méthylène-S5butyldihydro-2(3H)-furanone qui bout à 87 C (26 Pa (0,2 mm HgH) avec un rendement de 70%.
Les spectres de résonance magnétique nucléaire protonique et du carbone étaient les suivants: 1HRMN (CDC13) ô 6,2 (triplet très rapproché, 1H), 5, 64 (triplet très rapproché, 1H), 4,55 (pentet, 1H), 3,1
(m, 1H), 2,6 (m, 1H), 1,9-1,15 (m, 6H), 0,91 (t, 3H).
13CRMN (CDC13) b 170,368, 134,993, 121,712, 77,656, 35,979,
33,550, 26,999, 22,414, 13,919.
Dans un réacteur on a introduit de la 3-méthylène-5-
butyldihydro-2(3H)-furanone (5,8 g; 0,33 mole) avec 0,25 g de palladium à 5% sur carbone et 6 ml d'éthanol. On a agité le mélange à la température ambiante et on a introduit lentement de l'hydrogène sous la surface pendant huit heures. On a éliminé le catalyseur par filtration et on a retiré le solvant par évaporation sous pression réduite pour obtenir 5,3 g de 3-méthyl-5-butyldihydro-2(3H)-furanone
(concentration minimale 84%; rendement 85,6%).
1HRMN (CDC13) 54,34 (m, 1H), 2,6 (m, 2H), 1,9-1,1 (série de multiplets complexes avec un doublet à ô 1,25, 10H), 0,9
(t, 3H).
Eemple v
On a préparé la 3-phénylméthylène-5-butyldihydro-
2(3H)-furanone en faisant réagir la 3-acétyl-5-butyldihydro-
2 (3H)-furanone avec 1 'hydroxyde de sodium et le benzaldéhyde selon le mode opératoire décrit dans l'exemple I. On a recueilli le produit brut (rendement 64,5%) par distillation du mélange réactionnel à 25-147 C (5 Pa (0,04 mm Hg)) pour éliminer les fractions légères. La structure a été confirmée
par résonance magnétique nucléaire protonique.
1HRMN (CDC13) 5 7,5 (m, 6H), 4,56 (pentet, iH), 3,3 (ddd,
1H), 2,8 (ddd, 1H), 1,9-1,2 (m, 6H), 0,86 (t, 3H).
On a répété la réaction en utilisant la 3-acétyl-
dihydro-2(3H)-furanone, l'hydroxyde de sodium et le
benzaldéhyde pour produire la 3-phénylméthylène-dihydro-
2(3H)-furanone. Le solide brut jaune obtenu à partir de la réaction a été recristallisé dans le chloroforme pour recueillir la 3-phénylméthylènedihydro-2(3H)-furanone, un solide cristallin jaune qui fond à 116 C. Les spectres de résonance magnétique nucléaire protonique et du carbone étaient les suivants: 1HRMN (CDC13) b 7,526 (t, 1H, J=3 Hz), 7,45 (m, 5H), 4,42 (t, 2H, J=7,6 Hz), 3,208 (dt, 2H, J=7,6, 3,0 Hz) 13CRMN (CDC13) b 172,455, 136,414, 134,598, 129,963,
129,805, 128,904, 123,685, 65,447, 27,368.
On a combiné de la 3-phénylméthylène-5-butyldihydro-2(3H)-
furanone (5,95 g; 0,026 mole) avec 0,28 g de palladium à 5% sur carbone et 8 ml d'éthanol et on a effectué
l'hydrogénation pendant huit heures de la façon habituelle.
Après élimination du catalyseur et du solvant, on a
recueilli 6,0 g de 3-benzyl-5-butyldihydro-2(3H)-furanone.
La structure du produit a été confirmée par résonance
magnétique protonique.
1HRMN (CDC13) b 7,25 (m, 5H), 4,30 (m, 1H), 3,35-1,10 (série
de multiplets complexes, 11H), 0,83 (t, 3H).
Exemples VI et VII On a effectué deux réactions selon le procédé de l'invention en utilisant du valéraldéhyde. Pour une réaction (exemple VI) on a utilisé la 3-acétyl-dihydro-2(3H)-furanone et pour la seconde réaction (exemple VII) on a utilisé la 3-acétyl-5-n-butyldihydro-2(3H)furanone. Pour les deux réactions on a utilisé de l'hydroxyde de sodium et conmme solvant le toluène, et les corps réagissants étaient présents en des quantités sensiblement équimolaires. On a
obtenu par les réactions respectives la 3-pentylidène-
dihydro-2(3H)-furanone (86-104 C sous 13,3 Pa (0,1 mm Hg)) et la 3pentylidène-5-n-butyldihydro- 2 (3H) - furanone (110-131 C sous 1,33 Pa (0,01 mm Hg)). Les spectres de résonance magnétique protonique pour les produits étaient les suivants: 3-pentylidène-dihydro-2 (3H) - furanone: 1HRMN (CDCl3) 1 6,7 (m, 0,93H), 6,26 (m, 0,07H), 4,4 (t, 2H), 2,9 (m, 2H), 2,22 (m, 2H), 1,4 (m, 4H), 0,9
(t, 3H).
3-pentylidène-5 -n-butyldihydro- 2 (3H)-furanone: 1HRMN (CDCl3) È 6,7 (tt, 0,4H), 6,2 (tt, 0,6H), 4,45 (m, 1H), 3,1-1,5 multiplets complexes, 14H), 0,9 (deux
triplets superposés, 6H).
L'hydrogénation de la 3-pentylidène-5-n-butyldihydro-2(3H)-
furanone conduit à la 3-pentyl-5-n-butyldihydro-2 (3H)-
furanone.
Exemprle VIII On a fait réagir le méthyl-2-butyraldéhyde avec la 3-acétyl5-éthyldihydro-2(3H)-furanone et l'hydroxyde de
sodium pour obtenir la 3-(1-méthylpropyl)méthylène-5-
éthyldihydro-2(3H)-furanone (88% par GLC). Le produit.
bouillait dans la gamme de 80-94 C sous 26 Pa (0,2 mm Hg) et présentait le spectre de résonance magnétique nucléaire protonique suivant: 1HRMN (CDCl3) 5 6,5 (td, 0,22H), 5,92 (td, 0,78H)3, 4,4
(m, 1H), 3,67-0,76 (série de multiplets complexes, 16H).
L'hydrogénation de la 3 - (1 -méthylpropyl) méthylène-5 -
éthyldihydro- 2(3H) - furanone conduit à la 3-(2-méthylbutyl)-
-éthyldihydro- 2(3H) - furanone. Pour démontrer encore les multiples possibilités du procédé, on a répété le mode opératoire de l'exemple II sauf que pour la première étape de la réaction on a utilisé le cyclohexane comme solvant. Au bout de huit heures (durée totale de la réaction) on a arrêté la réaction et on a
recueilli le produit brut constitué par la 3-heptylidène-5-
méthyldihydro-2(3H)-furanone de la façon habituelle (rendement 45,6%). L'hydrogénation du produit conduit à la
3 -heptyl- 5 -méthyldihydro-2 (3H) - furanone.
mxme X On a répété l'exemple I en utilisant le diéthylacétal de propionaldéhyde cormme solvant azéotropique pour la réaction. Pour la réaction on a introduit 100 ml de diéthylacétal de propionaldéhyde dans le réacteur avec 14,9 g (0,10 mole) de 3-acétyl-5-méthyldihydro-2(3H)furanone. On a agité le mélange et on a ajouté 4g (0,10 mole) d'hydroxyde de sodium en poudre. On a agité le mélange pendant 10 minutes puis on l'a chauffé au reflux pendant cinq heures et demie après quoi on a ajouté 14, 0 g (0,125 mole) de i 5 cyclohexanecarboxaldéhyde sur une période d'une heure. On a chauffé le mélange au reflux pendant encore douze heures, on l'a refroidi et traité pour recueillir 19 g de 3 - cyclohexylméthylène-5méthyldihydro- 2 (3H)-furanone brute (rendement 59%). La structure du produit a été confirmée par
résonance magnétique nucléaire protonique et du carbone.
L'hydrogénation du produit pour obtenir l'a-alkyl-
lactone correspondante peut être effectuée selon le mode opératoire de l'exemple I ou en utilisant d'autres
techniques classiques d'hydrogénation.
Exemp X On a fait réagir le p-nitrobenzaldéhyde avec la 3-acétyl-5butyldihydro-2(3H)-furanone. Pour la réaction, on a combiné 9,21 g (0,05 mole) de furanone et 7,55 g (0,05 mole) de p-nitrobenzaldéhyde avec 2,5 g (0,065 mole)
d'hydroxyde de sodium dans 25 ml d'eau et 25 ml d'éthanol.
Une réaction s'est produite immédiatement. On a recueilli le solide jaune clair par filtration et on l'a lavé à
l'éthanol. On a confirmé qu'il s'agissait de la 3-(p-
nitrophényl)méthylène-5-butyldihydro-2(3H) - furanone par
résonance magnétique-nucléaire du carbone.
L'hydrogénation du produit selon le mode opératoire
habituel conduit à la 3-(p-nitrobenzyl)-5-butyldihydro-
2(3H)-furanone.
Exemple XII
Pour démontrer l'aptitude à modifier le mode
opératoire d'hydrogénation, on a hydrogéné la 3-heptylidène-
-méthyl-dihydro-2(3H)-furanone préparée selon le mode opératoire général de l'exemple I. Pour la réaction, on a introduit dans un autoclave de Parr en acier inoxydable à
haute pression de la 3-heptylidène-5-méthyldihydro-2(3H)-
furanone (650 g; 1,21 mole) avec 0,055 g d'un catalyseur de palladium à 5% sur carbone. On a mis le réacteur sous une pression relative de 2758x103 Pa (400 psig) avec de l'hydrogène et on l'a maintenu à 85 C-90 C pendant 20 heures sous agitation. On a ajouté un complément d'hydrogène pour maintenir la pression. Après la fin de la réaction, on a filtré le mélange pour éliminer le catalyseur et on l'a distillé sous vide. La fraction retirée entre 130 C et 147 C (666 Pa (5 mm Hg)), qui s'est solidifié en refroidissant, a été recristallisée dans un mélange méthanol/eau pour obtenir la 3-heptyl-5-méthylène-2(3H)-furanone (point de fusion
34,5 C-35,5 C).
R3VEDI CATIONS
1. Procédé de préparation d'a-alkyl-y-butyrolactones répondant à la formule V:
K3 & CHR '
R1 \ 0
CV) dans laquelle R1, R2, R3, R4 et R' sont choisis dans le groupe formé par l'hydrogène et un radical hydrocarboné ayant de 1 à 20 atomes de carbone, caractérisé en ce qu'il comprend: (1) la réaction à une température comprise dans la ganmme de 50 C à 150 C et dans un solvant inerte, avec élimination de l'eau de réaction, de quantités sensiblement équimolaires d'une a-acyl-lactone de formule I: R R Hi 9
3 4 CR*
R.) 2X X o (I) dans laquelle R1, R2, R3 et R4 représentent l'hydrogène ou un radical hydrocarboné ayant de 1 à 20 atomes de carbone et R* est un groupe alkyle en C1_8, d'un aldéhyde de formule R'CHO dans laquelle R' est l'hydrogène ou un radical hydrocarboné ayant de 1 à 20 atomes de carbone et d'un hydroxyde de métal alcalin, et: (2) l'hydrogénation du produit obtenu à l'étape (1) dans des conditions qui ne réduisent pas le groupe carbonyle et qui
ne provoquent pas une ouverture du cycle.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les radicaux hydrocarbonés R1, R2, R3 et R4 sont choisis dans le groupe formé par les radicaux alkyle en C1.8, cycloalkyle en C3 -6, phényle, phényle substitué par alkyle
en C1_8, benzyle et benzyle substitué par alkyle en Ci_8.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'hydrogénation est réalisée sous une pression de 1 à 30 bars et à une température de 0 C à 120 C à l'aide de 0,025 à 10% en poids d'un catalyseur hétérogène supporté de platine, de palladium, de nickel ou de ruthénium, ledit métal étant
présent sur le support en une quantité de 1 à 15% en poids.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans l'étape (1) l'a-acyl-lactone et l'hydroxyde de métal alcalin sont combinés et mis à réagir avant l'addition
de l'aldéhyde.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'aldéhyde est ajouté après élimination d'environ 60 à
% de la quantité d'eau théorique.
6. Procédé de préparation d'a-alkyl-5-valérolactones répondant à la formule VI: R. H R é e CHR'
R O
dans laquelle R1, R2, R3, R4, R5, R6 et R' sont choisis dans le groupe formé par l'hydrogène et un radical hydrocarboné ayant de 1 à 20 atomes de carbone, caractérisé en ce qu'il comprend: (1) la réaction, à une température comprise entre 50 C et C et dans un solvant inerte avec élimination de l'eau de réaction, de quantités sensiblement équimolaires d'une a-acyl-lactone de formule II:
ô; 0
R CR*
R3 H
R R
(II)
dans laquelle R1, R2, R3, R4, R5 et R6 sont l'hydrogène ou des radicaux hydrocarbonés ayant de 1 à 20 atomes de carbone et R* est un groupe alkyle en Ci18, d'un aldéhyde de formule R'CHO dans laquelle R' est l'hydrogène ou un radical hydrocarboné ayant de 1 à 20 atomes de carbone, et d'un hydroxyde de métal alcalin, et (2) l'hydrogénation du produit obtenu à l'étape (l1) dans des conditions qui ne réduisent pas le groupe carbonyle et qui
ne provoquent pas une ouverture du cycle.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les radicaux hydrocarbonés R1, R2, R3, R4, R5 et R6 sont choisis dans le groupe formé par les radicaux alkyle en C1_$, cycloalkyle en C36, phényle, phényle substitué par alkyle en
Ci-8, benzyle et benzyle substitué par alkyle en C1_8.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'hydrogénation est effectuée sous une pression de 1 à 30 bars et à une température de 0 C à 120 C à l'aide de 0,025 à % en poids d'un catalyseur hétérogène supporté de platine, de palladium, de nickel ou de ruthénium, ledit métal étant
présent sur le support en une quantité de 1 à 15% en poids.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que, dans l'étape (1),- l'a-acyl-lactone et l'hydroxyde de métal alcalin sont combinés et mis à réagir avant l'addition
de l'aldéhyde.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'aldéhyde est ajouté après l'élimination d'environ 60% à
75% de la quantité d'eau théorique.
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0246581A2 (fr) * | 1986-05-22 | 1987-11-25 | BASF Aktiengesellschaft | Procédé pour la préparation de gamma-butyrolactones alpha-substitués |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| CHEMICAL ABSTRACTS, vol. 78, no. 21, 28 mai 1973, page 354, colonne 2, abrégé no. 135970x, Columbus, Ohio, US; V.M. DASHUNIN et al.: "Synthesis of substituted lactones, their odor, and some transformations", & MEZHDUNAR. KONGR. EFIRNYM MASLAM, ÄMATER.Ü, 4TH 1968 (PUB. 1971), 1, 90-7 * |
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Also Published As
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|---|---|
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| GB2228481A (en) | 1990-08-29 |
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| IT9067138A0 (it) | 1990-02-23 |
| DE4005515A1 (de) | 1990-08-30 |
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